X射線圖像中的標志識別和處理的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2010年8月26日、申請號為201080062012. 7且題為"X射線 圖像中的標志識別和處理"的中國專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明的實施例涉及圖像處理。具體而言，實施例提供用于對位于X射線圖像中 的標志關聯點進行檢測、定位及分類的方法和系統。
【背景技術】
[0003] 現代成像系統在單個過程或掃描期間獲取許多圖像。使用已知為重建的過程來組 合圖像，以制作表示穿過患者的有限寬度"切片"的一個或多個圖像。因為在為醫療或牙科 過程做準備時或者為了適當地校準成像設備，經常要對所得圖像加以分析，所以重要的是 圖像盡可能地清楚。然而，掃描期間患者移動會導致圖像中的誤差或模糊。
[0004] 在成像過程之前常將標志放置于患者上。這些標志在所得圖像上顯現為標志點， 并用以識別圖像中的特定特征。標志點也可以用以針對患者移動來修正圖像。在典型的運 動修正情形中，必須于在掃描期間捕捉的數百個（例如，600個）或更多圖像中的每個中識 別相對較小數量的標志（例如，7個）。因而，使用標志來檢測及修正患者運動僅在能夠在 圖像中自動識別數千個標志點（例如，使用以上的示例為4200個標志點）的時候才是可行 的。標志點識別由于X射線的非線性特性以及X射線圖像的相對較大的動態范圍而進一步 被復雜化。
[0005] 又一復雜之處在于，標志點識別和所得運動修正需要快速執行，這是因為其必須 在圖像的重建可以開始之前完成。現有的用于識別圖像上的標志相似點的方法依賴于這些 點的一般為圓形的特性，并采用諸如圖像梯度處理或者霍夫（Hough)變換的一些變型的點 識別技術，這些技術每圖像要花費30秒之久才能完成。即使最簡單的方法也要花費每圖像 1/10秒或更多，且經常要花費每圖像5秒之久。
[0006] 這些運動修正方法的準確度與提取標志點位置的準確度直接相關。例如，在大多 數修正方法中，標志必須定位至像素的1/4至1/8的精度。這個程度的準確度必須在存在 寬的背景動態范圍值、對圖像背景的非線性依賴性、以及噪聲的情況下實現。許多現有的修 正方法不能正確處理圖像背景的非線性特性，導致圖像邊緣處的位置誤差。這些現有的方 法當圖像中的標志彼此相對較為靠近時也不能很好地工作。
[0007] -旦標志點在圖像中被識別出，這些標志點也就需要被映射回其所源自于的物理 標志。物理標志通過它們的三維（"3D"）位置坐標而被唯一識別。因而，為了制作與特定 標志相關聯的每個投影圖像的點的列表，一個步驟是識別每個標志的物理位置。這可以通 過識別與由標志所產生的點的位置如何隨著臺架（gantry)轉動而在投影圖像之間的變化 最為一致的每個標志的3D位置來進行。然而，因為患者移動或者計劃外的系統或設備移 動，所以每個標志的關聯點位置會與其預期的位置明顯改變。因此，識別標志的三維坐標的 準確度在存在噪聲或患者運動或者當多個標志位置彼此靠近時會受到損害。現有的用于 識別標志的三維位置的技術可使用依賴于位置的電磁場，其由遠程傳感器檢測并轉換成位 置。除該發射器和傳感器系統的復雜度以外，系統所使用的技術也依賴于多個傳感器，以確 定標志的三維位置。其他定位技術包括光學技術，這類技術依賴于對多個被檢測部位之間 的固定關系的了解，從而增加了技術的復雜度。
[0008] 即使在與圖像點相關聯的物理標志被識別，并且位置被分配給每個之后，將每個 圖像上的每個點分配給其原標志時仍然存在問題。在此完成之前，所有圖像中的所有點僅 作為單個列表存在。點分配（標志跟蹤）試圖將每個圖像上的每個標志與實際生成它的標 志相關聯。在完成點分配之后，每個標志將處理與該標志相關聯的標志點的分離列表。每 個標志的分離列表可具有每個投影圖像上的僅一個或零個標志點。重要的是，標志與其關 聯的標志點之間的正確對應關系即使在存在運動和測量誤差的情況下也要被維持。
【發明內容】
[0009] 實施例提供用于快速識別圖像中的標志關聯點的系統和方法，其然后可以用于運 動修正系統中。一個方法包括處理每個投影圖像，以減小除圓形物體（即，標志點的形狀） 之外所有物體的強度，識別每個圖像中的局部極大值，生長局部極大值以生成候選區域，并 對每個候選區域應用圓度和投影連續性標準。該方法以與其他方法相比將總圖像處理時間 減小至少一個數量級的方式，使用一系列應用的簡單均值濾波器、差值以及除法/減法操 作，來減小除圓形物體以外所有物體的強度。一個方法包括獲得圖像、應用2D高通濾波器 以生成背景抑制后的圖像、以及從所述背景圖像中提取標志關聯點。
[0010] 實施例還提供用于對圖像中的標志點位置進行準確的子像素定位的系統和方法。 一個方法包括在兩個維度中的每個上對圖像中所識別的每個標志點的位置獨立地進行評 價。該評價通過對標志點的一側或兩側采樣，從而確定每個標志點的背景輪廓來進行。采用 基線輪廓和標志點輪廓之比來修正背景影響，同時解決X射線衰減的非線性性質。殘留的 背景偏移通過減去標志點輪廓的拖影的平均值來去除。最后，對所得標志點輪廓進行評價， 以確定其一階矩（moment)，該一階矩表示標志點的定位。替代地，可以通過使用位置擬合參 數，將理論標志點輪廓擬合到該標志點輪廓來處理輪廓。該方法以明顯比投影圖像像素大 小的分辨率高的分辨率，確定在計算機斷層攝影掃描的投影圖像中的標志點的位置。此外， 該方法在存在明顯不均質的背景和相鄰結構時執行標志識別或定位。一個方法包括獲得包 含標志點的圖像、得出背景修正后的標志點輪廓、得出背景和基線修正后的標志點輪廓、以 及定義標志點的子像素位置以作為背景修正后的標志點輪廓的尖峰的中心。
[0011] 實施例也提供用于快速地識別并分配近似的3D位置給與圖像中的標志點相關聯 的標志的系統和方法。一個方法包括獲取投影圖像之間的標志點的位置變化，并將位置變 化擬合到通過使用Φ、Z和R柱坐標的不同的可能值所定義的理論投影軌跡。該步驟包括 為柱坐標維度中的一個或多個來定義一組可能值，并從該組中選擇這些值中的一個。該方 法然后在每個投影圖像中確定落在與由從所述組中選擇的值所定義的軌跡相距一距離范 圍內的標志點。然后通過找出每個標志點距軌跡范圍的邊界的均方距離來給落在該范圍內 的每個標志點分配度量。對于落在該范圍內的所有標志點對度量求和，以得出與特定實驗 坐標值集合相關聯的單個度量。對可能坐標值的集合中的每個值重復這些步驟，并評價度 量的所得值（作為坐標值的函數）以確定函數尖峰，這些函數尖峰均假定為表示一個或多 個標志的群集（cluster)。將與尖峰相關聯的一個或多個柱坐標的這些坐標值分配給對應 的得出的物理標志。對其余的柱坐標重復這些步驟，直到給標志分配了所有三個坐標為止。 因為度量擬合的性質，所以在存在噪音和患者運動時可以找出平均標志定位，并且提取并 分開位置彼此靠近的多個標志。一個方法包括獲得圖像序列，各個圖像表示掃描器的一個 轉動角度，并具有第一值和第二值。該方法還包括分析貫穿該圖像序列的標志點位置的第 一值的性能，以確定標志的徑向距離以及標志的角度位置。該方法還包括分析貫穿該圖像 序列的標志點位置的第二值的性能，以確定標志的軸向位置。
[0012] 實施例也提供用于通過稱為標志跟蹤的處理而將每個投影圖像中的每個標志點 分配給最可能與該標志點相關聯的單個物理標志的系統和方法。一個方法包括獲得帶有多 個標志點的圖像序列，并計算每個圖像中的物理標志的預期U和V位置及范圍。該方法還 包括選擇物理標志，并生成候選點列表，所述候選點列表由落在為該物理標志從理論上確 定的每個投影圖像中的預期標志點定位的范圍內的標志點所構成。該方法進一步包括，通 過將該列表中每個標志點的實際圖像定位減去物理標志的理論軌跡，而將與理論的誤差分 配給每個標志點，從而來處理該列表。該方法然后逐個投影地遍歷（traverse)該列表，并 且基于U和V方向上的候選列表中的連續點的誤差之間的一階時間導數以及其他標準，將 該列表縮窄到每投影圖像零或一個"優良點"。
[0013] 通過對具體說明書以及附圖加以考慮，本發明的其他方面將會變得明顯。
【附圖說明】
[0014] 圖1示意性示出錐形束計算機斷層攝影系統。
[0015] 圖2示意性示出圖1的計算機。
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